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| 带高精度24位A/D转换的51核ADuC845 | |||||
作者：刘敦涛 李… 文章来源：Internet 点击数： 更新时间：2007-5-21  |
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刘敦涛 李翌 刘武 华中师范大学 ADI公司的MicroConverter数据采集与处理系统芯片(SOC)－ADuC845芯片在内部集成了ADI公司的精密数据转换器，可对微控制器(MCU)和闪速存储器进行编程，以便为需要精确测量宽动态范围低频信号的设计者提供更好的解决方案。 ADuC845在一颗芯片内集成了2个24 bitΣ-Δ模拟转换器(ADC)和10个单端输入通道(或5个完全差分输入通道)多路复用器。这种高精密模拟技术在ADuC845内部集成了一个高速微控制器内核，它是一个快速的8 bit单指令周期的8052闪存MCU。片内的程序闪存允许用户在线重新编程，而独立的数据闪存则可提供更加安全的非易失性读写功能。图1是ADuC845内部功能框图。  ADuC845的特性介绍 ADuC845带有64 KB片上FLASH/EE程序存储器(有3级安全级)、4 KB片上FLASH/EE数据存储器，以及2304 bytes的片上数据RAM，这些内部存储器均可在线串行下载(不需要额外硬件)。 ADuC845具有与8051兼容的内核和与8051兼容的指令集，同时具有32 kHz外部晶振、片上可编程PLL(12.58 MHz Max)、3个16位定时器/计数器、24条可编程的I/O线和8条模拟或数字输入线、11个中断源、2个优先级、双数据指针，可扩展到11位堆栈。 ADuC845的片上外围设备包括内部复位电路、12位电压输出DAC、两个16位Σ-Δ DAC、片上温度传感器、两个激励电流源(200μA)、时间间隔计数器、UART、SPI和I2C串行接口I/O、看门狗定时器(WDT)以及电源监视器(PSW)。 在正常工作时，ADuC845的电源最大4.8 mA/3.6 V(core clk=1.57 MHz)，器件本身具有掉电和空闲两种工作状态。可用3 V和5 V电压工作。 ADuC845的多通道传感器可用作工业或环境的监视仪器，如重量测量仪，压力传感仪，温度监视仪等一系列便携式电池供电系统，也可用作数据采集或高精度的监视仪。 部分引脚功能 ADuC845的主要引脚功能说明如下： P1.0~P1.7：输入口 模拟量/数字量，P1.0/AIN1与P1.1/AIN2可组成真正的差分输入。P1.0/AIN1与ANICOM可组成假差分输入，P1.2/REFIN2+的另一功能是作为第2个外部差分参考输入的正端。P1.6/IEXC1和P1.7/IEXC2也可用作电流源。 AVDD，AGND，DVDD，DGND：分别为模拟正电源电压和模拟地，以及数字正电源电压和数字地。 REFIN-(+)：外部差分参考输入端。 AINCOM/DAC：所有模拟量输入/DAC输出。 RESET：复位输入。 P3.0~P3.7：双极端口，带内部上拉电阻，第2功能和51单片机相同，具体如下：P3.0/RxD, P3.1/TxD , P3.2/INT0, P3.3/INT1, P3.4/T0, P3.5/T1, P3.6/WR, P3.7/RD。 XTAL1 XTAL2：接外部晶振。 EA：外部访问使能，逻辑输入。为高时，该输入可使设备从内部程序存储器0000H-F7FFH处取出代码。ADuC845没有外部程序存储器，为决定代码执行模式，EA在外部复位之后被采样。 PSEN：程序存储使能，逻辑输出。在内部程序执行时保持高电平。当上电或复位通过电阻拉至低电平时，还可用作使能串行下载模式。 内存的构成 FLASH/EE程序存储器 该存储器的大小为64 KB，可用空间为62 KB，地址从0000H-FFFFH，分成三个区域。最高2 kBYTE(F800H-FFFFH)内是内嵌的下载/调试内核，永久内嵌固件让代码能够下载到62 kBYTE的片上程序存储器中。其内核程序对用户代码来看是空指令。开头的56kBYTE(0000H-DFFFH)是用户下载空间，不管是在下载/调试内核模式还是用户代码执行模式，都能在这个空间编程。剩下的6kBYTE(E000H-F7FFH)是用户引导装入空间，可通过内核在下载/调试模式下编程，但在用户代码执行模式下只能读，同时只能通过串行下载或并行编程来编程该区域。由于没有外部程序存储器，因此，ADuC845的FLASH/EE程序存储器具有三种安全模式：锁定模式，保护模式，串行安全模式。 FLASH/EE 数据存储器 该存储器的大小为4 KB，被分成1 024页，每页4个字节，这部分空间是通过一组寄存器映射到SFR空间的。一组4个数据寄存器(EDATE1-4)包含了每页的4个字节的数据，每页的地址可通过EADRH和EADRL两个寄存器来编址。图2所示是FLASH/EE数据存储器的组织和配置图。  多用途RAM 多用途随机存储器分为两部分。其中低128 bytes的RAM能够通过直接和间接寻址来访问。而高128 bytes 的RAM只能通过间址访问，因为它和SFR的空间分享着相同的地址，而对SFR空间的访问采用的是直接寻址。 内部XRAM ADuC845带有2 kbytes的片上扩展数据存储器。该存储器虽然也在片上，但也要使用MOVX指令来间址访问。一般这个区域映射在外部地址空间开头的2 kbytes 24位模数转换及其使用方法 ADuC845包含2个10通道24位Σ-Δ模数转换器，每一部分包括片上可编程增益放大器和可配置的缓冲(在辅助ADC中不存在)，此外，还包括数字滤波器，可用来测量宽动态和低频信号。 双通道ADC电路  在ADuC845的双通道ADC电路中，主通道用于转换第一级传感器的输入。图3所示是ADuC845主ADC通道的方框图。该通道具有缓冲能力，并可编程为8个输入范围，工作电压在±20~±2 560 mV之间，可由5个差动输入端之一驱动。缓冲输入通道意味着器件能够处理模拟输入端的有效源阻抗，并且如果需要的话，可以在模拟输入端放置RC滤波(以便滤除噪声和降低射频干扰)，当接通传感器的驱动电流时，这些电流可用于开始测量之前检查转换器是否仍在工作。 ADuC845采用Σ-Δ转换技术来实现高达24位无遗漏码的优良性能。Σ-Δ调制器可将输入采样信号转换成数字脉冲串，脉冲串的宽度包含有数字信息。然后采用Sinc3来编程低通滤波器对调制器的输出数据并进行10中抽1，以得到按照可编程数据输出率从5.35~105.03 Hz给出的正确数据转换结果。同时还可采用斩波技术来降低ADC通道的偏移误差。 ADuC845的典型系统配置 ADuC845的可操作电压范围是3~5 V，将模拟正电源和数字正电源电压的引脚AVDD和DVDD分离，可使AVDD不受系统DVDD电源线上噪声信号的干扰，如不用两个独立电源，则可通过在AVDD和DVDD之间串接小阻抗电阻或磁珠来保证AVDD不受DVDD的影响，并将AVDD接地去耦。 图4中，RxD和TxD通过RS-232收发器(也可用MAX3232芯片)连接到9线D型连接器上，收发器能够产生串行接口通信所需的电平，从而允许D型连接器直接与PC串行接口相连。外接0.1μF的电容可构成外部保护电路。  用户系统在具备RS-232接口电路之后，还需要通过一个与地相连的1 kΩ电阻将ADuC845的PSEN引脚拉至低电平，ADuC845才能进入在线调试和下载状态。在器件上电或复位前后保持跳线闭合，就可以使得芯片处于下载模式，器件可以串行接口接受新的程序代码。如果在器件上电或复位前移开跳线，则可在器件上电或复位后使芯片处于正常工作模式，并开始运行片内已下载的程序。 A/D转换举例 下面是ADC在连续转换模式下，将转换结果通过UART传到PC机，同时显示转换结果的主要程序： #include <stdio.h> #include <ADuC845.h> void ADC_int () interrupt 6 { printf("\n\n\n"); printf("%bX%bX%bX"，ADC0H， ADC0M，ADC0L); RDY0 = 0; } void main (void) { //配置 UART T3CON = 0x83； //9600 Baud rate T3FD = 0x12; SCON = 0x52; //配置 ADC 并开始执行转换 SF = 0x200; ADC0CON1 = 0x07; //配置缓冲, 双极性输入, +/-2.56 V 的输入范围. ADC0CON2 = 0x4A; //外部参考电压选Refin+/-, 输入通道是Ain1->Ain2 EADC = 1; //ADC中断允许 EA = 1; //所有中断允许 ADCMODE = 0x23; //主通道为连续转换模式 //等待中断发生 while(1); } 总结 通过实际运用可以发现：带24位A/D转换的51内核器件ADuC845的确具有很高的性能、很高的集成度和很大的灵活性。尤其值得一提的是，其片内FLASH的灵活运用，该应用省去了扩展数据存储器需要的地址锁存器与SRAM，同时可以大面积地节约印刷板空间；ADuC845带可编程增益放大的24位A/D转换器可以实现非常高精度的模数转换。 参考文献 [1] 李刚.ADuC8XX系列单片机原理与运用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002. [2] 王建校，等. 51系列单片机及C51程序设计[M].北京：科学出版社，2002. [3] 夏路易，等. 电路原理图与电路板设计教程[M].北京：北京希望电子出版社，2002. |
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